Цель работы состоит в ознакомлении и умении применять в практических расчетах и экспериментальных работах:

1.               расчетные зависимости для определения основных физических свойств жидкости и единицы измерения их;

2.               приборы для измерения основных физических свойств жидкости.

1 Основные теоретические положения

Жидкостью называют физическое тело, которое легко изменяет свою форму под действием самых незначительных сил. Оно обладает свойством текучести, т.е. большой подвижностью своих частиц, и поэтому легко принимает форму сосуда, в котором находится.

По техническим свойствам жидкости разделяют на два класса: малосжимаемые (капельные) и сжимаемые (газообразные). Капельные жидкости отличаются тем, что в малых количествах принимают сферическую (капельную) форму, а в больших - обычно образуют свободную поверхность. Газы же способны к весьма значительному уменьшению своего объема под действием давления и к неограниченному расширению при его отсутствии, т.е. они обладают большой сжимаемостью.

Жидкости и газы характеризуются определенными физическими свойствами, важнейшими из которых являются удельный вес, плотность и вязкость.

Удельным или объемным весом жидкости (удельной силой тяжести) называется вес единицы ее объема:

γ = G/V,                                                                                         (1)

где     γ - удельный вес жидкости, Н/м³;

G - вес жидкости, Н;

V - объем, занимаемый жидкостью, м³.

Например, для воды t = + 4°C, γ=9810 Н/м³.

Плотностью называется масса жидкости, заключенная в единице объема:

ρ=m/V,                                                                                         (2)

где     ρ - плотность жидкости, кг/м³;

m - масса жидкости, кг;

V - объем жидкости, м³/

Например, для воды при t = +4 С, ρ =1000 кг/м".

Удельный вес и плотность жидкости связаны между собой весьма важной зависимостью, которая широко используется при гидравлических расчетах:

 γ =  ρg                                                                                        (3)

Отсюда видно, что удельный вес не является величиной постоянной, т.к. он зависит от q – ускорения силы тяжести, изменяющегося, как известно, в зависимости от места измерения.

Вязкостью называется свойство жидкости оказывать сопротивление относительному движению (сдвигу) ее частиц.

Единицами измерения вязкости служат коэффициенты вязкости. Наиболее употребимыми являются:

-       динамический коэффициент вязкости ц [Пах];

-       кинематический коэффициент вязкости v [м /с], которые взаимосвязаны следующим отношением:

,                                                                                     (4)

Где      v – кинематический коэффициент вязкости м²/с;

 – динамический коэффициент вязкости, Пас;

р – плотность жидкости, кг/м³

 – условная вязкость, выражающаяся в градусах Энглера (°Е), которая переводится в кинематический коэффициент вязкости по эмпирической формуле.

2 Приборы для измерения удельного веса и вязкости

2.1 Определение удельного веса

Удельный вес (плотность) жидкости обычно определяется при помощи специального прибора, называемого ареометром, который представляет собой удлиненный пустотелый стеклянный цилиндр (рисунке 1)

Ареометр градуирован и имеет две шкалы: па верхнем узкой части - ареометрическую шкалу А, показывающую удельный вес (или плотность) жидкости, а на нижней широкой части - термометрическую шкалу В. показывающую температуру жидкости во время опыта. Для измерения удельного веса ареометр погружается в сосуд с исследуемой жидкостью и благодаря грузу. пометенному в нижней его части (обычно ртуть или дробь), плавает, сохраняя вершкалыюе положение. Деление на ареометрической шкале, до которой погружается ареометр, о i считанное по верхнему краю мениска жидкости, показывает значение удельного веса (плотности). Существуют ареометры, показывающие удельный вес в условных i радусах. которые могут быть пересчитаны в системные единицы по специальным формулам.

 

2.2 Определение плотности жидкости

На принципе сообщающихся сосудов основано устройство весьма простого прибора для определения плотности жидкости, изображенного на рисунке 2.

Рисунок 2.

состоящего из двух сообщающихся сосудов - вертикальных стеклянных трубок А и В, соединенных между собой изогнутым коленом С. Одна из вертикальных трубок заполняется исследуемой жидкостью, а другая - жидкостью, известной плотностью pi (например водой), причем в таких количествах, чтобы уровни жидкостей в среднем колене С находились на одной и той же отметке прибора О. Далее измеряют высоты стояния жидкостей в трубках над этой отметкой h₁ и h₂ и, имея в виду, что эти высоты обратно пропорциональны плотностям жидкости (исходя из равенства давлений в каждой трубке в плоскости 0-0. легко находим плотность исследуемой жидкости.

,                                                                                (5)

Рисунок 3. Выскозимер Энглера

1, 2 – латунные резервуары.; 3 – электроприбор; 4, 5 – термометры; 6 – калиброванное

отверстие; 7 – запорный стержень

Он состоит из двух концентрических расположенных латунных резервуаров, пространство между которыми служит водяной баней. В меньшей резервуар заливается 200 см' исследуемой жидкости. Необходимая температура исследуемой жидкости достигается с помощью электрического прибора и контролируется термометрами. Время истечения жидкости из сосуда через калиброванное отверстие, запираемое стержнем, фиксируется секундомером.

Отношение времени истечения 200 см" испытываемой жидкости при данной температуре t_ж, ко времени истечения такою же количества воды при температуре t_в =20 С⁰ хapaктерезует вязкость жидкости, выраженную в градусах Энглера.

3 Методика выполнения работы

3.1 В трех сосудах находится три разные жидкости. С помощью показания ареомсфа определить плотность жидкости в каждом сосуде.

3.2.Составить условие равновесия жидкости в правом и левом колене (рисунок 2) относительно плоскости 0-0.

По показанию прибора определить плотность и удельный вес исследуемой жидкости.

4 Контрольные вопросы

1Что такое жидкость и на какие классы она подразделяется?

2 Понятие: удельный вес. плотность, вязкость жидкости и их единицы измерения.

3 Приборы для определения удельного веса (плотности) и вязкости жидкости.